Exercices sur les systemes thermodynamiques , Exercices de Principes fondamentaux de physique
Kilian_Te
Kilian_Te29 janvier 2014

Exercices sur les systemes thermodynamiques , Exercices de Principes fondamentaux de physique

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Exercices de sciences physiques sur l les systemes thermodynamiques. Les principaux thèmes abordés sont les suivants: Calcul des coefficients thermoélastiques d’un gaz parfait, Equation d’état d’un condensateur, Equation...
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Et1 1 / 1 ALDL-spé ATS DAUTEL A-L Physique spé ATS 24 copies Propriété de l’enseignant

Exercice 1 : Calculer les coefficients thermoélastiques d’un gaz parfait. Vérifier la relation entre α, β et χT. Exercice 2 : 1/. On considère un gaz réel aux basses pressions, obéissant à l’équation d’état simplifié : PV = RT + bP pour une mole. Exprimer les coefficients thermoélastiques α, β et χT en fonction de R, T, b et P. 2/. Etablir la relation existant entre α, β, P et χT . Exercice 3 : Trouver l’équation d’état d’un système pour lequel α = 3aT3 / V et χT = b / V a et b étant des constantes. Exercice 4 : Equation d’état d’un condensateurLa charge Q prise par un condensateur plan dont les armatures d’aire S sont séparées par une distance e entre lesquelles est disposé un diélectrique de permittivité ε ne dépendant que de la température est donnée par :

Q = εSU/e. U étant la différence de potentiel entre les armatures. Calculer QT

U  

  

∂ ∂

Exercice 5 : Equation d’état d’une lame savonneuseL’équation d’état d’une lame d’eau savonneuse est : (A - A0).S = c.T où A0 est la constante de tension superficielle de l’eau pure, S la surface de la lame t la température et c une constante.

Calculer TA

S  

  

∂ ∂

, ST

A  

  

∂ ∂

, AS

T  

  

∂ ∂

. Former le produit.

Exercice 6 : 1/. Etablir la relation : dV / V = α.dT - χT.dP 2/. Surpression dans un thermomètre à alcool : Un thermomètre à alcool est à une température telle que son réservoir et sa hauteur sont complètement remplis de liquide, d’équation d’état V = f (P, T). Connaissant les coefficients thermoélastiques : α = 11,2.10-3 K-1 et χ = 3,4.10-5 atm-1 (supposés constants), montrer qu’une simple variation de température de 0,5 °C suffit à créer une surpression considérable. Que se passe-t-il ? 3/. Compressibilité d’un solide : Un morceau de métal est pris à 20 °C sous une pression de 1 atmosphère. Déterminer la pression qu’il faut exercer sur ce morceau de métal pour que son volume reste constant lorsque sa température passe à la valeur 30 °C. On donne α = 5.10-5 K-1 et χT = 7.10-12 Pa-1. Exercice 7 : Mélange idéal : équation d’état - OralDans un gaz diatomique A2 à basse température, des molécules se dissocient en atomes A gazeux quand on élève la température. Soit α la proportion des molécules dissociés par rapport aux molécules initiales. 1/. Etablir l’équation d’état du mélange supposé idéal en fonction de la masse molaire M0 de A2 , de la masse m0 du gaz initial et du coefficient de dissociation α. 2/. Quelle est la densité du mélange ? Exercice 8 : Exploitation de l’équation d’état - Oral 1/. Un pneu sans chambre (de volume supposé constant) est gonflé à froid (t = 20 °C) sous une pression de 2,1 atm. Après avoir roulé un certain temps, le pneu affiche désormais une pression de 2,3 atm. Justifier et déterminer le paramètre manquant. 2/. Une bouteille d’acier, munie d’un détendeur, contient dans un volume Vi = 60 L, de l’air comprimé sous Pi = 15 atm. En ouvrant le détendeur à la pression atmosphérique, quel volume d’air peut-on extraire à température constante ? 3/. Un pneu de volume V1 = 50 L est gonflé au moyen d’air comprimé contenu dans une bouteille de volume V0 = 80 L sous P0 = 15 atm. Si la pression initiale dans le pneu est nulle et la pression finale P1 = 2,6 atm est donnée, déterminer la pression P dans la bouteille à la fin du gonflage d’un pneu, puis le nombre de pneus que l’on peut ainsi gonfler, l’opération se passant à température constante.

T1 - SYSTEMES THERMODYNAMIQUES

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